北京城市排水集團清河污水廠

污水處理仿真軟件ProSee在污水處理廠的應用

1.引言
      污水處理廠的運行往往會受到進水負荷動態變化、季節性溫度變化、以及其他一些突發情況等的影響 ，導致實際運行狀態偏離設計條件 ，從而影響出水水質 。解決這些問題的途徑之一是改造處理工藝 。但是 ，工藝的改造往往需要大量的資金 ，對大多數污水處理廠而言是不現實的 。比較現實的途徑是在現有工藝的基礎上 ，深入研究進水條件、工藝控制參數和系統運行效果三者之間的關係 ，進而調整工藝控制參數 ，優化工藝運行 ，以應對進水負荷的動態波動以及溫度的季節性變化 。而對進水條件、工藝控制參數和系統運行效果三者之間關係的深入研究離不開污水處理仿真軟件的幫助 。
      在自動控制方面 ，絕大多數污水處理廠污水處理廠的現有數據採集與監控系統（SCADA）往往僅起到數據採集與顯示的作用 ，無法及時有效地通過調整工藝運行參數來應對各種衝擊 。因而 ，爲改善出水水質 ，提高出水達標率 ，就需要更高水平的自動控制技術 。
      此外 ，城市污水處理是能耗較高的產業之一 ，如何通過工藝參數的優化來降低污水處理的能耗、藥耗 ，也是污水處理廠運營管理者十分關注的問題 。

2.項目背景 
      北京城市排水集團清河污水廠處理能力爲60萬立方米/天 ，分三期建廠 。其中一期爲採用倒置A2O工藝 ，於2002年9月投入運營 ；二期處理規模也爲20萬立方米/天 ，採用A2O工藝 ，於2004年12月開始投入運行 ，設計出水水質執行一級B標準 。二期的鼓風曝氣系統在2009年進行了精確曝氣的改造 ，在穩定出水水質、降低鼓風機能耗、提高自動控制能力、改善運行管理水平等方面都收到了良好的效果 。
      但是 ，清河污水處理廠一期工程仍然面臨着如下問題：（1）無法及時根據進水負荷以及季節性溫度變化來調整工藝運行參數 ；（2）在面臨衝擊負荷時 ，運行管理人員還是要依賴過往的經驗來調整運行參數 ，而調整運行參數對出水水質的影響需要在相當一段長時間後才能顯示出來 ，亦即 ，運行參數的調整與其效果之間存在相當的滯後 ，運行管理人員無法及時地根據效果來重新調整和重新設定運行參數 ，導致對衝擊負荷的響應滯後 ；（3）隨着國家節能減排戰略的提出和實施 ，能耗水平在污水處理廠的運行管理中成爲非常重要的一個方面 ，但是由於缺乏應有的手段 ，污水處理廠在調整工藝參數應對衝擊負荷時 ，只是着眼於工藝和出水水質 ，無法兼顧到電耗、藥耗等成本 。
      爲了解決以上問題 ，HC System開發了ProSee軟件 ，該軟件具有工藝模擬和能耗模擬軟件 ，並於2012年部署實施 。

3.軟件特點 
   ProSee軟件的核心是ASMs模型、二沉池沉降模型、設備能耗模型及藥耗模型 。

3.1工藝模擬與虛擬儀表 
      ASMs模型描述了污水處理過程中生化池內各組分以及作用於這些組分的幾十個物理、化學和生物反應過程 ，二沉池模型描述了活性污泥在二沉池內的沉降過程 。ProSee軟件採用能可靠模擬污水處理廠各種生物處理工藝 ，如AAO工藝、CASS工藝、AO工藝等 ，而且還可以將進水端在線儀表接入到ProSee中作爲輸入 ，預測出水和任意工藝段的工藝運行參數的變化 ；可以根據仿真計算出的水質參數 ，通過OPC方式提供任意位置虛擬儀表功能 ，直接在用戶的SCADA畫面上顯示 ；直觀地查看各種水質指標在生化池內的沿程分佈和生化池內任意位置上污染物的時間分佈 。

3.2 能耗、藥耗模擬 
     　　ProSee與傳統的工藝模擬軟件最顯著的區別在於 ，提供了能耗、藥耗模擬工具 。設備能耗模型描述了污水廠內各個耗電設備的能耗水平 ，爲工藝運行人員提供節能潛力評估依據 ；藥耗模型描述了污水處理過程中投藥量 。

3.3 自動控制功能 
      ProSee可以接入進水端在線儀表 ，根據進水水量水質 ，預測出水和任意工藝段的運行參數的變化 ，並將優化後的運行參數實時自動輸入到SCADA系統中 ，如下圖所示 ，從而實現實時在線控制 ，提高污水廠的自控水平 。

4.應用效果 
4.1工藝參數調整的輔助決策 
      ProSee軟件能模擬不同工藝參數條件下的出水水質 。如圖 4所示 ，在較高的進水負荷下 ，如果維持已有的工藝參數不變 ，出水水質會超標 。以往 ，運行管理人員就需要根據過往經驗來調整相關的工藝參數 ，以達到出水標準 。這樣的決策方式能否起到效果 ，在很大程度上依賴與運行管理人員自身的水平 。在部署實施ProSee之後 ，運行管理人員就可以將調整後的參數輸入到模擬軟件中 ，模擬最終的出水效果 ，從而判斷該調整是否能使出水達標 ，起到了輔助決策的作用 。圖 4示出了通過適當調整迴流比 ，能夠大幅度地改善出水水質 ，應對高的進水負荷 。

4.2 能耗方案的選擇 
      由於ProSee軟件具有能耗模擬的功能 ，因而可用於在出水達標的情況下從能耗水平的角度選擇運行方式 ，如下圖所示 。